18.Изготовление и сборка ферменных отсеков рн и ка. Монтажные работы при сборке сухих и ферменных отсеков рн и ка.

Ферменные отсеки (фермы), так же как и сухие отсеки, негерметичны и соединяют другие отсеки между собой или крепят двигательную установку к корпусу ступени РН или к КА, но не имеют обшивки.

Ферма, чаще всего, состоит из двух стыковочных шпангоутов, между которыми располагаются прямолинейные стойки (тяги), соединяющие эти шпангоуты. Стыковочные шпангоуты служат для стыковки фермы со смежными отсеками РН или КА. На стыковочных шпангоутах находятся стыковочные отверстия под болты и штыри.

Для крепления стоек между собой и со шпангоутами служат соединительные детали – кронштейны, фитинги и другие. Две соседние стойки фермы и часть шпангоута между ними должны образовывать треугольник (треугольная форма является наиболее жесткой и устойчивой).

Ферма может быть без стыковочных шпангоутов, т.е. состоять из стоек и фитингов, соединяющих стойки. Основания фитингов образуют стыковочные площадки для соединения со смежными отсеками, на которых расположены стыковочные отверстия для болтов.

Детали силового набора фермы бывают трех типов:

1) стыковочные шпангоуты,

2) прямолинейные стойки (играют роли стрингеров и шпангоутов),

3) соединительные детали – кронштейны и фитинги.

По массе конструкции ферма легче аналогичного по размерам и назначению сухого отсека из того же материала. Ферма применяется тогда, когда не требуется наличие обшивки или обшивка специально не устанавливается.

Ферменный отсек используется при горячем разделении ступеней РН. В свободное пространство между стойками фермы выходит наружу дым и пламя в первые секунды горячего разделения ступеней. Если не обеспечить такой свободный выход для дыма и пламени, то можно повредить хвостовой отсек «новой» ступени РН или вызвать взрыв остатков ракетного топлива в отделяемой ступени РН.

Так же ферма используется при креплении ракетного двигателя к ступени (ферма и двигатель находятся внутри сухого отсека).

Еще одно применение ферменного отсека – промежуточный отсек между КА и последней ступенью РН, или между КА и РБ. Такой промежуточный отсек часто называют адаптер. С его помощью КА устанавливается на РН, а затем после выведения КА на околоземную орбиту КА отделяется от него (полное отделение от РН). Обшивка для такого отсека не нужна, т.к. отсек и КА находятся под ГО и не соприкасаются с атмосферой. Такой же промежуточный ферменный отсек используется и в том случае, если одна РН сразу выводит в космос несколько КА, расположенных на ферме параллельно.

Ферменная конструкция также применяется в качестве основы (корпуса) для посадочных блоков межпланетных КА. Часть такой фермы используется в качестве посадочных опор, а к оставшейся части фермы крепятся двигательная установка, топливные баки, приборы, оборудование и коммуникации различных систем межпланетного КА. Такой ферменный корпус применялся на посадочной части американского корабля «Аполлон» при пилотируемых полетах на Луну.

Особенностями ферменных отсеков являются:

1) высокая прочность и жесткость,

2) способность воспринимать ударные нагрузки (например, посадка на планету),

3) относительная простота конструкции,

4) высокая надежность,

5) относительно невысокая стоимость,

6) возможность точного изготовления несложными методами.

Основные требования к ферменным отсекам:

1) необходимые прочность и жесткость,

2) точность посадочных поверхностей – на стыковочных шпангоутах,

3) устойчивость стержневых элементов – не деформируются и не ломаются,

4) надежность соединения всех элементов (шпангоуты, стойки, соединительные детали) с помощью сварки или крепежных деталей,

5) точная центровка (положение центра масс) относительно продольной оси РН или КА,

6) требования, связанные с конкретным назначением фермы.

Материалом для изготовления деталей ферменного отсека служат, в первую очередь, различные алюминиевые сплавы. Реже в качестве материалов применяют титановые сплавы, высокопрочные стали, композиционные неметаллические материалы.

Схема изготовления ферм:

а) изготовление стоек из стандартных профилей или труб,

б) изготовление стыковочных шпангоутов из стандартных профилей,

в) изготовление соединительных деталей (фитингов и кронштейнов) из заготовок на металлорежущих станках,

г) сборка ферменного отсека в стапеле,

д) покрытие, контроль, маркировка, клеймение.

Схема изготовления стоек из стандартных профилей и труб:

1) резка профилей или труб по нужной длине,

2) слесарная зачистка заусенцев и притупление острых кромок,

3) обработка местных усложнений формы стойки для обеспечения сборки с соединительными деталями,

4) покрытие, контроль, маркировка, клеймение.

Схема изготовления стыковочных шпангоутов из стандартных профилей:

1) резка профилей по нужной длине, стыковочный шпангоут фермы делается из нескольких частей,

2) слесарная зачистка заусенцев и притупление острых кромок,

3) обработка местных усложнений формы шпангоута для обеспечения сборки с соединительными деталями,

4) гибка шпангоута в соответствии с формой ферменного отсека,

5) нанесение покрытия, контроль, маркировка, клеймение.

Заготовками для фитингов и кронштейнов являются поковки или отливки. Форма фитингов и кронштейнов довольно сложная, поэтому обработка производится на фрезерных станках, позволяющих обрабатывать эти плоскости. Часто применяют фрезерные станки с ЧПУ. Станки с ЧПУ обеспечивают более высокое качество обработки. После завершения обработки на станке проводится контроль, маркировка, клеймение, нанесение покрытия.

Более мелкие соединительные детали возможно изготавливать из листовых заготовок штамповкой.

Крепежные детали (винты, шайбы, гайки) изготавливаются в соответствии со стандартами для этих деталей или закупаются уже готовые на других предприятиях, входящих в кооперацию по изготовлению РН или КА.

После изготовления деталей приступают к сборке фермы. Сборку производят в вертикальном положении в стапеле, аналогично сухим отсекам.

После разделки стыковочных отверстий по шпангоутам фермы, ее вынимают из стапеля и фрезеруют стыковочные поверхности шпангоутов, снимая заранее предусмотренный небольшой припуск. Этим достигается параллельность стыковочных плоскостей шпангоутов фермы.

Для собранной фермы проводят контроль, маркировку, клеймение, нанесение покрытия и отправляют ее в цех окончательной сборки.

Соединение деталей фермы между собой возможно не только с помощью крепежных деталей, а и с помощью сварки. Возможно соединение деталей комбинированным способом. В случае применения сварки необходимо учитывать, что сварка нагревает соединяемые детали, в них возникают внутренние напряжения, которые могут вызвать деформацию сваренных деталей и всего ферменного отсека в целом. В таких случаях говорят, что детали и отсек «коробит» или «повело». Эти деформации будут тем больше, чем тоньше сваренные детали.

Чтобы снизить до приемлемых эти вредные последствия сварки, сварку деталей фермы ведут в определенном порядке, обеспечивающем минимальные напряжения и деформации в сваренной ферме. После сварки предусматривают отжиг (ТО) для снятия внутренних напряжений. В случае сборки фермы с помощью сварки проводят контроль качества сварных швов.

«+»: сварных соединений в облегчении конструкции.

«-» : сварной фермы – внутренние напряжения и деформации после сварки.

Ферменные конструкции в качестве каркаса под оборудование.

В отдельную группу ферменных конструкций относят каркас под оборудование внутри КА и РБ. Для автоматических КА и для РБ – это каркас в приборных отсеках, а для ПКА – это каркас под оборудование в нежилых и в жилых отсеках. Такой каркас в жилых отсеках пилотируемого КА еще называют каркас интерьера.

Герметичные жилые отсеки орбитальной станции (ОС) имеют большой диаметр – до 4,1 м. Центральная часть таких жилых отсеков остается свободной для космонавтов, а все остальное место заполняется оборудованием. Для установки оборудования и коммуникации всех систем ОС служит каркас под оборудование, представляющий собой конструкцию из стандартных профилей различного поперечного сечения. Эти профили еще называют стойками. Несколько профилей соединенных между собой образуют раму.

Изготовление каркаса под оборудование состоит из нескольких этапов:

1) изготовление стоек из стандартных профилей,

2) изготовление соединительных деталей для крепления стоек между собой,

3) сборка отдельных рам каркаса под оборудование из стоек и соединительных деталей,

4) готовые отдельные рамы заносят внутрь гермоотсека и крепят там к нему, и еще соединяют между собой с помощью других рам и отдельных стоек.

В результате, внутри герметичного жилого отсека модуля ОС собирается каркас под оборудование. После завершения монтажа оборудования и коммуникаций на этом каркасе, он обшивается с помощью съемных панелей.

Схема изготовления стоек аналогична схеме изготовления стрингеров сухого отсека или стоек ферменного отсека. Ведущее отверстие по диаметру меньше диаметра, указанному в чертежах. Ведущее отверстие рассверливается до нужного диаметра при сборке.

Схема изготовления соединительных деталей тоже аналогична схеме изготовления соединительных деталей сухого или ферменного.

Сборку отдельных рам каркаса под оборудование выполняют в приспособление, которое значительно более простое по сравнению со стапелем для сборки сухого или ферменного отсеков. В этом приспособление детали базируются, фиксируются, а затем соединяются.

Весь каркас под оборудование сразу не собирают, т.к. его целиком невозможно было бы занести через люки модуля ОС. Поэтому ограничиваются сборкой отдельных рам, которые по своим габаритам пролезали бы в люки модуля станции. Внутри модуля собранные рамы крепят к шпангоутам модуля или к специальным приварным кронштейнам, если в этом месте модуля нет шпангоута. Рамы крепят к гермоотсеку модуля, а затем и между собой.

Каркас под оборудование в нежилых отсеках модуля ОС аналогичный, только этот каркас занимает все пространство отсека. Нежилые отсеки могут быть как герметичными, так и негерметичными. Аналогичный каркас под оборудование и в приборном отсеке РБ и внутри отсеков КА, эти отсеки РБ и КА могут быть и герметичными и негерметичными. Герметичные – когда оборудование не может работать в условиях открытого космоса (вакуум, низкие температуры).

Монтажные работы при сборке сухих и ферменных отсеков.

Монтажные работы или просто монтаж – это установка и закрепление оборудования и коммуникаций в основном внутри отсеков, реже снаружи. Оборудование – это приборы, агрегаты и устройства разных систем РН и КА. Коммуникации – это трубы и кабели.

Монтажные работы выполняются в основном в цехе окончательной сборки РН и КА, куда поступают готовые герметичные, сухие, ферменные отсеки, каркас под оборудование, оборудование и коммуникации систем. Монтажные работы – это длительный процесс из-за его сложности, а также из-за ограниченного места внутри отсеков. Поэтому часть монтажа выполняют не в цехе окончательной сборки, а в цехе, где делают сухие и ферменные отсеки. На эти отсеки монтируют часть оборудования и коммуникаций. В этом цехе, кроме того, открыт доступ к сухим и ферменным отсекам со всех сторон.